EP0047378A2 - Verfahren zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen - Google Patents

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EP0047378A2
EP0047378A2 EP81105645A EP81105645A EP0047378A2 EP 0047378 A2 EP0047378 A2 EP 0047378A2 EP 81105645 A EP81105645 A EP 81105645A EP 81105645 A EP81105645 A EP 81105645A EP 0047378 A2 EP0047378 A2 EP 0047378A2
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capillary
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capillary tube
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Gerhard V. Hoesslin
Jürgen Hesse
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Messer Griesheim GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/09—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/88—Thermal treatment of the stream of extruded material, e.g. cooling
    • B29C48/911—Cooling
    • B29C48/9115—Cooling of hollow articles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/10—Balloon catheters
    • A61M2025/1043—Balloon catheters with special features or adapted for special applications
    • A61M2025/105—Balloon catheters with special features or adapted for special applications having a balloon suitable for drug delivery, e.g. by using holes for delivery, drug coating or membranes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cooling plastic hollow profiles during extrusion by direct heat exchange with a cooling medium.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method which enables internal cooling of the hollow plastic profiles during extrusion and by uniform cooling permits a higher extrusion speed.
  • Liquid nitrogen is known as an intensive cooling medium.
  • the hollow chamber tools due to the small cross-sections of the hollow chamber tools, it did not appear possible to use it for the internal cooling of hollow plastic profiles during extrusion. Since these tools have temperatures of 150 to 180 ° C and for constructional reasons the hole in the extrusion tool for the supply of liquid nitrogen must not exceed 3 mm, with hole lengths of 100 to 150 mm, it was to be expected that the liquid nitrogen would flow through the Tool would evaporate, so that the hollow profile would only be subjected to more or less cold gaseous nitrogen.
  • the use of supercooled liquid nitrogen in connection with a particularly insulated capillary tube according to the invention surprisingly achieved that the nitrogen largely reaches the extruded hollow plastic profile in liquid form.
  • the device shown in FIG. 1 shows the exit area of an extrusion tool consisting of the extrusion die 1, the die holder 2 and the mandrel 3.
  • a capillary tube 4 made of PTFE with an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 2 mm is located in the mandrel 3.
  • the capillary tube 4 is surrounded by an insulating tube 5 made of PTFE, which has an inner diameter of 2.2 mm and an outer diameter of 2.8 mm.
  • the bore for receiving the capillary tube 4 and insulating tube 5 has a diameter of 3 mm.
  • the supercooled liquid nitrogen 7 used as the coolant flows through the capillary tube 4 and largely reaches the extruded plastic hollow profile 6 in liquid form.
  • a nozzle 18 adapted to the nitrogen throughput can be attached to the outlet end of the capillary tube 4. They atomize the liquid nitrogen, increasing the rate of evaporation and cooling effect. 2 to 4 show a test arrangement with which the feasibility of the method according to the invention was tested under different working conditions.
  • the liquid nitrogen was removed from the standing tank 8. and fed to the subcooler 10 through a 10 m long normalized line 9.
  • the storage pressure was between 3.3 and 5.3 bar.
  • the heat that was supplied to the liquid nitrogen as it passed through line 9 was removed from it in subcooler 10 by heat exchange with evaporating liquid nitrogen under atmospheric pressure.
  • Supercooled liquid nitrogen was thus available for the tests, which was passed through the insulated PA hoses 11 and 13 and the ball valve 12 into the aluminum cylinder 14.
  • the aluminum cylinder 14 simulated the extrusion die. Details of its dimensions and the arrangement of the capillary tube according to the invention can be seen in FIGS. 3 and 4.
  • the aluminum cylinder 14 was heated to the respectively desired temperatures by means of a heating plate 15. According to the invention, the liquid nitrogen was passed through the aluminum cylinder 14 by means of a capillary tube 4, which was drawn into an insulating tube 5, and passed into the Dewar vessel 16. The liquid nitrogen collected in the Dewar vessel 16 was weighed using the bench scale 17.
  • the capillary tube 4 had 1 mm inside diameter and 2 mm outside diameter. Capillary tubes 4 made of PA-12, polyimide and PTFE were examined. The insulating tube 5 was made of PTFE and had an inner diameter of 2.2 mm and an outer diameter of 2.8 mm. Comparative tests were also carried out with a capillary tube with a nominal diameter of 2 mm.
  • the insulating tube 5 is required if a sufficient throughput of liquid nitrogen is to be achieved.
  • PA is unsuitable as a material for the capillary tube 4, since the tube melts when the tool is hot and the nitrogen supply is interrupted.
  • Polyimide and PTFE are therefore preferred as materials for the capillary tube 4.
  • a capillary tube with a nominal diameter of 1 mm enables 12 to 23 kg of LN 2 / h to be fed through, depending on the form (3-6 bar).
  • the quantity can therefore be regulated via the pressure or a fine control valve.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen (6) erfolgt die Kühlung durch direkten Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmedium. Zwecks Intensivierung der Kühlung und damit Erhöhung der Extrusionsgeschwindigkeit wird als Kühlmedium unterkühlter flüssiger Stickstoff eingesetzt, welcher mittels eines isolierten Kapillarschlauches (4, 5), der durch den Dorn (3) des Extrusionswerkzeuges verläuft, in das Innere des ?Kunststoff?-Hohlprofiles (6) eingeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen beim Extrudieren durch direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium.
  • Bei Kunststoff-Hohlprofilen, z.B. Fensterprofilen aus Thermoplasten, ist wegen der kleinen Querschnitte eine konventionelle Innenkühlung nicht möglich. Bei einer Außenkalibrierung und der Kühlung mit Wasser von außen ist die Abkühlgeschwindigkeit und damit die Extrusionsgeschwindigkeit begrenzt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Innenkühlung der Kunststoff-Hohlprofile beim Extrudieren ermöglicht und durch eine gleichmäßige Abkühlung eine höhere Extrusionsgeschwindigkeit zuläßt.
  • Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches ausgegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Flüssiger Stickstoff ist als intensiv wirkendes Kühlmedium bekannt. Wegen der geringen Querschnitte der Hohlkammer-Werkzeuge erschien es jedoch nicht möglich, ihn für die Innenkühlung von Kunststoff-Hohlprofilen beim Extrudieren einzusetzen. Da diese Werkzeuge Temperaturen von 150 bis 180 °C haben und aus konstruktiven Gründen die Bohrung im Extrusionswerkzeug für die Zufuhr des flüssigen Stickstoffs 3 mm nicht überschreiten darf, bei Bohrungslängen von 100 bis 150 mm, war zu erwarten, daß der flüssige Stickstoff beim Durchströmen des Werkzeuges verdampfen würde, so daß das Hohlprofil nur noch mit mehr oder weniger kaltem gasförmigen Stickstoff beaufschlagt würde. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von unterkühltem flüssigen Stickstoff in Verbindung mit einem besonders isolierten Kapillarschlauch wurde jedoch überraschenderweise erreicht, daß der Stickstoff weitgehend in flüssiger Form in das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil gelangt.
  • Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel mit der Erfindung und eine Versuchseinrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren unter verschiedenen Arbeitsbedingungen durchgeführt wurde.
  • Es zeigen:
    • Fig.1 den Austrittsbereich eines Extrusionswerkzeuges im Schnitt,
    • Fig.2 eine Versuchsanlage zur Prüfung des Verfahrens unter verschiedenen Arbeitsbedingungen,
    • Fig.3 ein Detail der Versuchsanlage von Fig.2,
    • Fig.4 eine Draufsicht auf das Detail gemäß Fig.3.
  • Die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung zeigt den Austrittsbereich eines Extrusionswerkzeuges bestehend aus der Extrusionsdüse 1, dem Düsenhalter 2 und dem Dorn 3. Erfindungsgemäß befindet sich im Dorn 3 ein Kapillarschlauch 4 aus PTFE mit einem Innendurchmesser von 1 mm und einem Außendurchmesser von 2 mm. Der Kapillarschlauch 4 ist von einem Isolierschlauch 5 aus PTFE umgeben, der einen Innendurchmesser von 2,2 mm und einen Außendurchmesser von 2,8 mm besitzt. Die Bohrung zur Aufnahme des Kapillarschlauches 4 und Isolierschlauches 5 hat einen Durchmesser von 3 mm. Der als Kühlmittel verwendete unterkühlte flüssige Stickstoff 7 durchströmt den Kapillarschlauch 4 und gelangt weitgehend in flüssiger Form in das extrudierte Kunststoff-Hohlprofil 6. Am Austrittsende des Kapillarschlauches 4 kann eine dem Stickstoffdurchsatz angepaßte Düse 18 angebracht sein. Durch sie wird der flüssige Stickstoff zerstäubt, wodurch die Verdampfungsgeschwindigkeit und Kühlwirkung erhöht wird. Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine Versuchsanordnung mit der die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens unter verschiedenen Arbeitsbedingungen geprüft wurde.
  • Der flüssige Stickstoff wurde dem Standtank 8 entnommen. und durch eine 10 m lange normalisierte Leitung 9 dem Unterkühler 10 zugeführt. Der Speicherdruck lag zwischen 3,3 und 5,3 bar. Die Wärme, die dem flüssigen Stickstoff beim Durchfluß durch die Leitung 9 zugeführt wurde, wurde ihm im Unterkühler 10 durch Wärmeaustausch mit verdampfendem flüssigen Stickstoff unter atmosphärischem Druck wieder entzogen. Für die Versuche stand somit unterkühlter flüssiger Stickstoff zur Verfügung, der über die isolierten PA-Schläuche 11 und 13 sowie den Kugelhahn 12 in den Aluminiumzylinder 14 geleitet wurde. Der Aluminiumzylinder 14 simulierte das Extrusionswerkzeug. Einzelheiten seiner Abmessungen sowie der Anordnung des Kapillarschlauches gemäß der Erfindung können den Fig.3 und 4 entnommen werden.
  • Der Aluminiumzylinder 14 wurde mittels einer Heizplatte 15 auf die jeweils gewünschten Temperaturen erhitzt. Der flüssige Stickstoff wurde erfindungsgemäß mittels eines Kapillarschlauches 4, der in einem Isolierschlauch 5 eingezogen war, durch den Aluminiumzylinder 14 geführt und in das Dewar-Gefäß 16 geleitet. Der im Dewar-Gefäß 16 aufgefangene flüssige Stickstoff wurde mit der Tischwaage 17 gewogen.
  • Der Kapillarschlauch 4 hatte 1 mm Innendurchmesser und 2 mm Außendurchmesser. Es wurden Kapillarschläuche 4 aus PA-12, Polyimid und PTFE untersucht. Der Isolierschlauch 5 bestand aus PTFE und besaß einen Innendurchmesser von 2,2 mm und einen Außendurchmesser von 2,8 mm. Es wurden außerdem Vergleichsversuche mit einem Kapillarschlauch der Nennweite 2 mm durchgeführt.
  • Generell ergaben die Versuche folgendes:
    • Ohne vorherige Unterkühlung gelangt nur gasförmiger Stickstoff durch den Kapillarschlauch 4.
  • Ferner ist der Isolierschlauch 5 erforderlich, wenn ein ausreichender Durchsatz an flüssigem Stickstoff erreicht werden soll. PA ist als Material für den Kapillarschlauch 4 ungeeignet, da der Schlauch bei heißem Werkzeug und Unterbrechung der Stickstoffzufuhr schmilzt. Polyimid und PTFE werden daher als Materialien für den Kapillarschlauch 4 bevorzugt.
  • Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:
    Figure imgb0001
  • Aus der Tabelle ist zu erkennen, daß der Flüssig-Stickstoff-Durchsatz durch das warme Werkzeug gegenüber dem Durchsatz durch das kalte Werkzeug zwar geringer ist, aber der größte Teil dennoch in flüssiger Form in das Dewar-Gefäß 16 (bzw. in das Kunststoff-Hohlprofil 6) gelangt.
  • Die Werkzeugtemperatur hat überraschenderweise keinen großen Einfluß auf die Durchsatzmenge. Durch einen Kapillarschlauch mit 1 mm Nennweite lassen sich je nach Vordruck (3-6 bar) 12 bis 23 Kg LN2/h durchsetzen. Die Mengenregelung kann demnach über den Druck oder ein Feinstregelventil erfolgen.
  • Im praktischen Betrieb wurde bei einem Hohlprofil mit einem spez. Gewicht von 360g/m durch das erfindungsgemäße Verfahren die stündliche Extruderleistung um 20% gesteigert. Der spezifische Stickstoffverbrauch beträgt hierbei 0,2 kg/kg Produkt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen beim Extrudieren durch direkten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) als Kühlmedium dient unterkühlter flüssiger Stickstoff unter einem Druck von 2 bis 8 bar;
b) das Kühlmittel wird in das Innere des Kunststoff-Hohlprofiles (6) eingeführt;
c) die Kühlmittelzufuhr erfolgt durch eine Bohrung im Dorn (3) des Extrusionswerkzeuges;
d) für die Kühlmittelleitung zum und im Extrusionswerkzeug dient ein Kapillarschlauch (4);
e) der Kapillarschlauch ist von einem Isolierschlauch (5) umgeben.
2. Kapillar- und Isolierschlauch zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kapillarschlauch aus Polyimid oder PTFE und der Isolierschlauch aus PTFE besteht.
3. Kapillar- und Isolierschlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Werkzeugen
. der Innendurchmesser des Kapillarschlauches maximal 1,2 mm und der Außendurchmesser des Isolierschlauches maximal 3 mm beträgt.
4. Extrusionswerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Extrusionsdüse (1) und einem Dorn (3),
gekennzeichnet durch einen im Dorn befindlichen Kapillar- und Isolierschlauch gemäß den Ansprüchen 2 oder 3.
5. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vom Austrittsende des Kapillarschlauches angeordnete Düse (18)zur Zerstäubung des flüssigen Stickstoffs.
EP81105645A 1980-09-03 1981-07-18 Verfahren zur Kühlung von Kunststoff-Hohlprofilen Expired EP0047378B1 (de)

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